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Messkörper zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums
Es ist bekannt, strömende Gase über elek- trisch beheizte Drähte zu führen und durch deren Kühlung die Geschwindigkeit dieser Gase zu bestimmen. Diese Methode wird nament- lich in Laboratorien verwendet. Obwohl sie sehr empfindlich und verhältnismässig einfach ist, wehrte ihrer grösseren Verbreitung in der technischen und laboratorischen Praxis die
Empfindlichkeit der Messelemente und die Un- beständigkeit ihrer Kennlinien. Diese Empfind- lichkeit wird durch den Gebrauch meist sehr dünner Drähte verursacht. Der Grund für die
Unbeständigkeit der Kennlinien sind Änderun- gen der Eigenschaften und Form der Drähte 5 während des Betriebes und ferner das Haften- bleiben von Staub auf dem Draht, welches seine Kühlung beeinflusst.
Die sich auf heissen
Drähten bildenden Bläschen verhindern die Ver- wendung von glühenden Hitzedrähten in Flüs- sigkeiten, da diese wesentlich seine Kühlung beeinflussen. In Flüssigkeiten ist es möglich, verlässlich nur bei niedrigen Heiztemperaturen der Drähte zu messen, bei welchen jedoch das
Hitzdrahtanemometer wenig empfindlich ist.
Zwecks Verbesserung der Eigenschaften der
Hitzdrähte wurden Versuche mit dünnen Deck- schichten der Drähte aus Glas oder durch Lage- rung des Drahtes in einem keramischen Rohr unternommen, welches durch den Draht erhitzt und dessen Oberfläche durch den Luftstrom gekühlt wurde. Bemerkenswerte Erfolge wurden jedoch dadurch nicht erzielt. Die Umhüllung des Drahtes mit Glas bereitet bei der Erzeugung Schwierigkeiten, da sich dabei die Drähte überhitzen und ihre Festigkeit verlieren. Das Glas ist als Hülle nicht gut geeignet, da die Körper mit einer Glashülle brüchig sind und springen. Durch verschiedene Wärmedilatation des Glases und Drahtes wird Springen der Glashülle und Lockerung des Drahtes verursacht.
Aus diesen Gründen ist es nötig, eine womöglich dünne Hülle zu verwenden, was eine hohe Oberflächentemperatur der Hülle zur Folge hat, so dass sich diese Körper in ihren Eigenschaften nicht viel von den Körpern ohne Hülle unterscheiden. Auch die zweite Lösung mit einem keramischen Körper brachte keine wesentliche Besserung. Ihr hauptsächlicher Nachteil ist eine Luftschicht innerhalb des keramischen Körpers, welche einerseits einen bestehenden Luftwechsel und dadurch unkontrollierbare Schwankungen der Temperatur verursacht, anderseits der un- bestimmte Kontakt zwischen Draht und kera- mischem Körper, was eine stetige Änderung des
Wärmeübergangskoeffizienten zur Folge hat.
Die Hüllen aus jetzt bekannten keramischen
Stoffen sind auch zu robust, so dass das Ver- hältnis zwischen der Heizenergie und der be- heizten Masse des Körpers sehr unvorteilhaft ist.
Falls der Leiter, wie vorbekannt, gegen eine übermässig schnelle Abkühlung mit einer wärme- isolierenden Schicht aus anderen Stoffen, z. B.
Gummi, im Ganzen oder zum Teil versehen ist, ist diese Schicht nicht genügend elastisch und plastisch, und die angeführten Nachteile werden daher nicht völlig beseitigt.
Gemäss der Erfindung ist ein Messkörper zur
Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines
Mediums, welcher nach dem Prinzip eines durch das strömende Medium gekühlten elektrisch be- heizten Drahtes arbeitet, wobei dieser Draht mit einer gegenüber dem Medium chemisch neutralen und bei Betriebstemperaturen noch plastisch oder elastisch bleibenden Schicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Schicht ein Lacküberzug auf Silikonbasis vorgesehen ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung, ist der Messkörper in an sich bekannter Weise in eine feste Schutzhülle aus Metall eingelegt.
Ein so ausgestalteter Messkörper hat gegen- über den bisher verwendeten eine Reihe von Vorteilen, von welchen der bedeutendste ein beständiger Wärmeübergangskoeffizient ist, der sich im Betrieb durch eine grosse Beständigkeit der Eichkurve äussert. Diese Beständigkeit der Eichkurve wird durch drei Eigenschaften des Körpers erzielt : Erstens ist der Heizdraht mit einem chemisch neutralen Medium (Lacküberzug auf Silikonbasis) umhüllt, so dass Oxydationen oder andere chemische Änderungen, sowie Beschädigungen der Oberfläche des Drahtes ausgeschlossen sind. Wenn der Draht gut gealtert ist, sind unter diesen Bedingungen seine physikalischen Eigenschaften konstant.
Zweitens kann der in dem Körper eingekittete Heizdraht seine geometrische Form nicht ändern (besonders in der Ausführung mit einer festen Hülle),
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so dass sich die Bedingungen für die Wärmeabführung vom Draht auf die Körperoberfläche nicht ändern. Drittens kann schliesslich die den Draht umhüllende Kittschicht (Lackierung) wegen ihrer Elastizität oder Plastizität weder abspringen noch Risse bekommen, wodurch gleichfalls konstante Wärmeleitung gewährleistet ist.
Durch diese drei Eigenschaften wird eine-soweit bekannt-bisher unerreichte Beständigkeit der physikalischen Eigenschaften des Messkörpers und seiner Eichkurve erzielt.
Mit Erfolg kann man diese Körper auch für Messungen in Flüssigkeiten verwenden, da ihre Hülle vollkommen dicht ist und die Stromzuführungen leicht isoliert werden können ; die wesentlich niedrigere Oberflächentemperatur dieser Körper erniedrigt auch die Möglichkeit einer Luftblasenbildung auf der Oberfläche. Die Wärmeträgheit des Körpers ermöglicht auch bei veränderlicher Geschwindigkeit des Mediums, die Mittelwerte zu messen. Alle diese Vorteile ermöglichen es, verhältnismässig genaue Geschwindigkeitsmessungen auch dort auszuführen, wo es mit bestehenden Messkörpern überhaupt unmöglich oder sehr unvollkommen war, namentlich im Bereich von kleinen Geschwindigkeiten (im Bereich von dm/sek bis m/sek).
Messkörper dieser Art finden eine weite Verwendung in vielen wissenschaftlichen und tech- nischen Zweigen. In vielen Fällen war das Fehlen eines geeigneten Messkörpers dieser Art sehr unangenehm fühlbar.
Diese Messkörper finden Verwendung insbesondere in der Meteorologie, Bioklimatologie oder Antropoklimatologie, beim Messen der Lüftungsintensität in Bergwerken und an verschiedenen Arbeitsstellen, beim Messen der Strömung des Mediums in Maschinen usw., ungeachtet der weiten Verwendung in der Luftfahrt, insbesondere in der Aerodynamik und Hydromechanik.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Messkörper zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums, welcher nach dem Prinzip eines durch das strömende Medium gekühlten elektrisch beheizten Drahtes arbeitet, wobei dieser Draht mit einer gegenüber dem Medium chemisch neutralen und bei Betriebstemperaturen noch plastisch oder elastisch bleibenden Schicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Schicht ein Lacküberzug auf Silikonbasis vorgesehen ist.
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Measuring body for measuring the flow velocity of a medium
It is known to guide flowing gases over electrically heated wires and to determine the speed of these gases by cooling them. This method is used especially in laboratories. Although it is very sensitive and comparatively simple, its wider spread in technical and laboratory practice was prevented
Sensitivity of the measuring elements and the instability of their characteristics. This sensitivity is usually caused by the use of very thin wires. The reason for that
The inconsistency of the characteristic curves are changes in the properties and shape of the wires 5 during operation and furthermore the adherence of dust to the wire, which influences its cooling.
Who are hot
Wire-forming bubbles prevent the use of glowing heat wires in liquids, as these have a significant effect on its cooling. In liquids it is possible to measure reliably only at low heating temperatures of the wires, but at which the
Hot wire anemometer is not very sensitive.
In order to improve the properties of the
Attempts have been made to make hot wires with thin cover layers of the wires made of glass or by storing the wire in a ceramic tube, which is heated by the wire and the surface of which is cooled by the air flow. Notable successes were not achieved as a result. The sheathing of the wire with glass causes difficulties in the production, since the wires overheat and lose their strength. The glass is not well suited as a cover because the bodies with a glass cover are brittle and crack. Various thermal dilation of the glass and wire causes cracking of the glass envelope and loosening of the wire.
For these reasons it is necessary to use a possibly thin shell, which results in a high surface temperature of the shell, so that these bodies do not differ much in their properties from bodies without a shell. The second solution with a ceramic body did not bring any significant improvement either. Its main disadvantage is an air layer within the ceramic body, which on the one hand causes an existing air exchange and thus uncontrollable fluctuations in temperature, and on the other hand the uncertain contact between the wire and the ceramic body, which causes a constant change in the
Heat transfer coefficient results.
The casings made from now known ceramic
Fabrics are also too robust, so that the relationship between the heating energy and the heated mass of the body is very unfavorable.
If the conductor, as previously known, is protected against excessively rapid cooling with a heat-insulating layer made of other materials, e.g. B.
Rubber, in whole or in part, this layer is not sufficiently elastic and plastic, and the stated disadvantages are therefore not completely eliminated.
According to the invention, a measuring body is for
Measurement of the flow velocity of a
Medium, which works on the principle of an electrically heated wire cooled by the flowing medium, this wire being coated with a layer that is chemically neutral to the medium and which remains plastic or elastic at operating temperatures, characterized in that a lacquer coating is applied as a layer Silicone base is provided.
According to a further feature of the invention, the measuring body is inserted in a manner known per se into a solid protective cover made of metal.
A measuring body designed in this way has a number of advantages over the previously used ones, the most important of which is a constant heat transfer coefficient, which is expressed in operation by a high degree of stability of the calibration curve. This stability of the calibration curve is achieved through three properties of the body: Firstly, the heating wire is coated with a chemically neutral medium (lacquer coating based on silicone), so that oxidation or other chemical changes and damage to the surface of the wire are excluded. If the wire has aged well, its physical properties are constant under these conditions.
Second, the heating wire cemented into the body cannot change its geometric shape (especially in the version with a solid sheath),
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so that the conditions for heat dissipation from the wire to the body surface do not change. Thirdly, because of its elasticity or plasticity, the putty layer (coating) surrounding the wire can neither come off nor crack, which also ensures constant heat conduction.
As far as is known, these three properties achieve a previously unattainable resistance of the physical properties of the measuring body and its calibration curve.
These bodies can also be used successfully for measurements in liquids, as their shell is completely tight and the power supply lines can be easily isolated; the significantly lower surface temperature of these bodies also reduces the possibility of air bubbles forming on the surface. The thermal inertia of the body enables the mean values to be measured even when the speed of the medium changes. All of these advantages make it possible to carry out relatively accurate speed measurements even where it was impossible or very imperfect with existing measuring bodies, namely in the range of low speeds (in the range from dm / sec to m / sec).
Measuring bodies of this type are widely used in many scientific and technical branches. In many cases the lack of a suitable measuring body of this type was very uncomfortably felt.
These measuring bodies are used in particular in meteorology, bioclimatology or anthropoclimatology, when measuring the ventilation intensity in mines and at various workplaces, when measuring the flow of the medium in machines, etc., regardless of their wide use in aviation, especially in aerodynamics and hydromechanics.
PATENT CLAIMS: 1. Measuring body for measuring the flow velocity of a medium, which works on the principle of an electrically heated wire cooled by the flowing medium, whereby this wire is coated with a layer that is chemically neutral to the medium and remains plastic or elastic at operating temperatures characterized in that a silicone-based lacquer coating is provided as the layer.